熊沢穣 農学研究科博士課程学生、伊福健太郎 同教授、長尾遼 静岡大学准教授、加藤公児 岡山大学特任准教授、沈建仁 同教授、米倉功治 理化学研究所グループディレクター（兼：東北大学教授）、濵口祐 東北大学准教授の研究グループは、堂前直 理化学研究所ユニットリーダー、広瀬侑 豊橋技術科学大学准教授らと共に、クライオ電子顕微鏡（日本電子社 CRYO ARM 300）を用いた単粒子構造解析により、紅藻C. caldarium由来のPSI-LHCIの立体構造を1.92 Åの分解能で解明しました。得られたPSI-LHCI構造には、PSI単量体に5個のLHCIが結合していました。また、C. caldariumを含むPSI-LHCIの立体構造が明らかとなっている紅色進化系統のLHCIに焦点を絞り、分子系統解析に基づくLHCIの進化モデルを提案しました。
LHCの進化に関する研究は分子系統解析が主流ですが、この方法だけではどのLHCがPSIに結合するのかを特定することができません。本研究では、PSIに結合するLHCIを立体構造解析によって特定し、その特定されたLHCIのみに焦点を当てた分子系統解析を行いました。このアプローチにより、紅色進化系統のLHCIの分子進化について、これまでにない角度からの理解が可能になりました。このように、立体構造解析と分子系統解析を組み合わせることにより、LHCIの進化に関する研究に新たな潮流が生まれることが期待されます。
本研究成果は、2024年3月5日に、国際学術誌「PNAS（米国科学アカデミー紀要）」に掲載されました。
「本研究では、それぞれのグループの専門的な知識や技術を融合することにより、LHCの進化に迫る新たな研究の方向性を示すことができました。今後も本研究基盤を利用することにより、LHCの進化を探求していきたいです。」（長尾遼）
【DOI】
https://doi.org/10.1073/pnas.2319658121
【書誌情報】
Koji Kato, Tasuku Hamaguchi, Minoru Kumazawa, Yoshiki Nakajima, Kentaro
Ifuku, Shunsuke Hirooka, Yuu Hirose, Shin-ya Miyagishima, Takehiro
Suzuki, Keisuke Kawakami, Naoshi Dohmae, Koji Yonekura, Jian-Ren Shen,
Ryo Nagao (2024). The structure of PSI-LHCI from Cyanidium caldarium
provides evolutionary insights into conservation and diversity of
red-lineage LHCs. Proceedings of the National Academy of Sciences
(PNAS), 121(11):e2319658121.
